WordCloud
Wordcloud vytvořený ze slov v abstraktech našich publikací

V rámci našeho výzkumu vyvíjíme inovativní řešení pro sběr, reprezentaci a zpracování heterogenní informace o lidském zdraví s cílem dosažení lepší personalizované, prediktivní a preventivní zdravotní péče, což v konečném důsledku povede k lepšímu zdraví občanů. Naše výzkumné aktivity, které jsou spolufinancovány institucionální podporou, různými národními granty (např., MZ IGA – NT 13326, GAČR 407/12/1525, GAČR 406/09/0150, CZ.1.05/3.1.00/14.0298), evropskými granty (např. VPHOP – FP7-ICT-223865), ale také soukromými společnostmi, mohou být rozděleny do několika níže uvedených směrů.

Digitální pacient

Protože dosud není technologicky možné vytvářet přesný virtuální model pro každého pacienta zvlášť, postupuje se typicky tak, že se vytvoří přesný model, tzv. atlas, pro mrtvý subjekt a tento atlas je posléze přizpůsoben pro konkrétního pacienta na základě znalostí jeho výšky, váhy, nebo RTG snímků a obohacen o modely částí, které pro tohoto pacienta jsou k dispozici (např. µCT stehenní kosti). Výsledný model digitálního pacienta je pak podrobován nejrůznějším simulacím, např. deformace svalů v závislosti na pohybu kostí, změna tvaru srdce podle EKG pacienta, proudění krve v cévách s uvažováním změřeného krevního tlaku pacienta, apod. Výše uvedené vyžaduje automatickou příp. poloautomatickou segmentaci medicínských snímků (využívají se pravděpodobnostní přístupy, neuronové sítě, či jiné přístupy strojového učení), následovanou extrakcí 3D povrchových nebo objemových sítí orgánů (např. kůže, svaly, kosti, cévy) nebo tkání (např. struktura kostí). Sítě jsou dále podrobovány rigidním nebo nerigidním transformacím za účelem registrace jejich polohy v těle nebo změny jejich tvaru v důsledku působení vnějších i vnitřních sil. Transformace bývají založeny na PCA aj. metodách analýzy dat. Virtuální model pacienta, ať již jako celek nebo jen jeho část,  je následně vizualizován standardnímy prostředky počítačové grafiky.

Naše nejvýznamnější projekty

DP proces vytvoření
DP proces vytvoření

Populační modelování a medicínské IS

Data konkrétního pacienta, např. segmentované medicínské snímky, 3D sítě orgánů či tkání, EEG, EKG aj. signály jsou analyzovány a parametrizovány (např. velikostí, natočením vůči souřadnému systému, poměrem délek stran, převažujícími frekvencemi) a spolu s dalšími biometrickými údaji (např. teplota, krevní tlak) a doplňujícími přidruženými informacemi z chorobopisu, DICOM hlavičky, apod. jsou ukládány do databáze (datového skladu) navržené na základě předem dané ontologie. Nad touto databází jsou pak prováděny dotazy poskytující pro daného pacienta rekonstrukci jeho dat z dat jiných pacientů s obdobnými souvisejícími parametry (např. pro pacienta nemám k dispozici 3D model jeho stehenní kosti, ale znám její délku: 48 cm, takže mohu z modelů v databázi dostupných pro pacienty s obdobnou délkou určit průměrný 3D model použitelný pro mého pacienta). Kromě tohoto lze nad databází provádět další dotazy vracející pro zadané příznaky konkrétního pacienta komplexní údaje pacientů v databázi s příznaky nejpodobnějším zadaným, a to včetně informací o diagnóze a průběhu léčby, a tak pomoci  lékařům s diagnózou a stanovení predikce dalšího vývoje onemocnění pacienta v závislosti na léčbě. Toto vše vyžaduje Fourierovu nebo vlnkovou trasformaci signálů, jejich filtraci (např. Gaborovy filtry), využití neuronových sítí, grafových databází, nějaké zpracování textu, anonymizační a šifrovací postupy (pro zajištění bezpečnosti dat), apod.

Naše nejvýznamnější projekty

Neuroinformatika

Měření EEG/ERP
Měření EEG/ERP

Oblast neuroinformatiky se zabývá měřením elektrické aktivity mozku (EEG/ERP) při různých scénářích a zpracováním naměřených signálů buď za účelem diagnostiky neurologických poruch, nebo za účelem ovládání počítače „myšlenkou“ (tzv. BCI). Využívají se metody pro analýzu, klasifikaci a detekci vzorů v 1D signálu založené např. na Fourierově transformaci, pravděpodobnostních přístupech a neuronových sítí. Výsledky jsou publikovány a sdíleny za využití prostředků sémantického webu. Více informací je dostypných na této stránce a dále pak na: http://neuroinformatics.kiv.zcu.cz/.

Naše nejvýznamnější projekty

Predikce koncentrace glukózy v krvi

Graf hladiny glukózy v krvi
Graf hladiny glukózy v krvi

Diabetes je 8. nejčastější příčinou úmrtí. Jeho léčba typicky představuje dávkování inzulínu. Základem stanovení optimální dávky je, aby ošet­řující lékař měl představu o tom, jak vypadá tzv. glykemický profil jeho pacienta. Zlatým standardem je pravidelný od­běr krve, kdy se v  odebraném vzorku určí koncentrace glukózy. Jenomže odebrání vzorku krve není příjemné. Technickým pokrokem v léčbě diabe­tu se proto stala minimálně invazivní technika známá jako systém kontinuál­ního měření koncentrace glukózy. Ten­to systém poskytuje údaj o koncentraci glukózy každých 5 minut. Tato koncen­trace není však měřena v krvi, ale v podkoží. Odhad kontinu­ální koncentrace glukózy v krvi na základě těchto údajů (a sporadických pacientových samoměření koncentrace v krvi) není vždy intuitivní. Tato úzce specializovaná aktivita se proto zabývá vývojem fyziologického modelu dynamiky glukózy. Model umožňuje vypočítat koncentraci glukózy v krvi z koncentrace glukózy v podkoží a mimo jiné také umožňuje predikovat koncentrace glukózy v podkoží. Vyvinutý model sestává ze dvou vzájemně provázaných diferenciálních rovnic, jejichž řešení vyžaduje numerické metody, genetické algoritmy, a/nebo paralelní zpracování. Více lze nalézt na této stránce a dále pak na: http://diabetes.zcu.cz/.

Diagnostické a vyšetřovací postupy pro ORL

ORL data
ORL data

Cílem této úzce specializované aktivity je vývoj metod pro včasnou diagnostiky závažných onemocnění hrtanu a vnitřního ucha. Metody kombinují analýzu akustického signálu s analýzou obrázků z vysokorychlostní kamery. Používají se opět již výše zmíněné přístupy, tj. nejrůznější filtrace signálů, algoritmy pro rozpoznávání vzorů, apod.